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本研究では、上部構造物からの基礎への入力、基礎に働く土圧特性、杭の水平及び鉛直地盤反力と変位の関係を定量的に評価することで、軟弱地盤と構造物との相互作用を考慮した基礎の耐震設計法確立に資する資料を整備することを目的としている。このため、地盤・杭-構造物模型に対する水平振動実験に基づいて、地盤反力変位関係および基礎根入れ部に働く土圧の評価を試みるとともに、模型振動実験結果および被害事例の数値解析的検討に基づいて、地盤・杭-構造物系の動的相互作用を考慮した数値解析法の開発とその妥当性について検討した。
まず、水平振動実験から得られる杭の曲げひずみと杭及び地盤加速度の微分または積分から、杭と地盤の相対変位および相対速度と水平地盤反力の関係の時刻歴を求めた。その結果、地盤が液状化しない場合および地盤が液状化して杭が地盤を押す場合は、地盤反力は地盤と杭の相対変位と相関が良いが、地盤が液状化し地盤が杭を押す場合は、地盤反力は相対速度と相関の良いことを示した。同様の手法により、基礎と地盤の相対変位と基礎に働く土圧の関係の時刻歴を求め、基礎が地盤を押す場合も地盤が基礎を押す場合も、基礎と地盤の間に働く土圧を両者の相対変位で評価できることを確認した。さらに、杭と地盤を相互作用バネで結び、杭の非線形効果を考慮した2次元有効応力解析により、地盤・杭-構造物模型に対する水平振動実験結果および1995年兵庫県南部地震で被害状況の分かっている建物に対するシミュレーション解析を行って、解析法が建物の応答と杭応力ならびに杭の被害個所や被害程度の推定に有効である可能性を示した。
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